Як промислові об'єктиви забезпечують точні результати машинного зору

Ключова роль промислового об'єктива у забезпеченні точності вимірювань

Чому оптичні похибки промислових об'єктивів є головною причиною відмови систем машинного зору

Коли промислові об'єктиви мають оптичні дефекти, такі як хроматична аберація або сферична дисторсія, це серйозно погіршує точність вимірювань. Аналізуючи звіти про аудит виробництва, ми встановлюємо, що близько 60 % всіх помилкових відмов у системах автоматичного контролю виникають саме через нерозв’язані проблеми з об'єктивами. Навіть незначні спотворення можуть порушити вирівнювання зображень порівняно з реальними вимірами, що призводить до серйозних ускладнень у роботі з високою точністю — наприклад, при контролі напівпровідникових пластин або перевірці медичних пристроїв. Щоб запобігти такого роду збоям, компаніям необхідно зосередитися на правильній калібруванні об'єктивів та оптимізації всього оптичного шляху. Просте налаштування датчиків або програмного забезпечення недостатньо для виправлення проблеми, яка за своєю суттю є оптичною.

Як вирівнювання об'єктива та датчика зображення визначає геометричну вірність: контроль дисторсії, вігнетування та покриття зображенням кола

Точне механічне з’єднання між об'єктивом і датчиком зображення забезпечує геометричну точність за трьома взаємопов’язаними параметрами:

• Контроль спотворення мінімізує ефекти бочкоподібності або подушки, що спотворюють розмірні вимірювання
• Управління віньєтуванням забезпечує рівномірне освітлення по всьому полю зору
• Покриття зображення колом має перевищувати розміри сенсора, щоб запобігти втраті даних на краях

Несуміщеність викликає паралаксні похибки понад 0,1 % — поріг, який порушує допуски для авіаційних компонентів. Польові дослідження підтверджують, що оптимізовані конфігурації об'єктива й сенсора зменшують невизначеність розмірних вимірювань до 80 % порівняно з несуміщеними налаштуваннями.

Ключові критерії вибору промислових об'єктивів для застосувань з високою точністю

Фокусна відстань, робоча відстань та поле зору: оптимізація точності в межах фізичних обмежень

Правильна фокусна відстань — це пошук «золотої середини» між розміром сенсора, робочою відстанню (WD) та так званою площею огляду (FOV). При використанні коротших фокусних відстаней площа огляду розширюється, але глибина різкості значно зменшується. Навпаки, довші об’єктиви забезпечують вужчу площу огляду, але підвищують рівень збільшення. Для фахівців, що займаються інспектуванням напівпровідників, помилки в цих параметрах можуть призвести до серйозних проблем, наприклад, до геометричних спотворень, які перевищують допустимий діапазон ±0,1 %. Також слід враховувати реальні обмеження: простір, доступний для роботизованих маніпуляторів або місце розташування конвеєрів, часто жорстко обмежує відстань, на яку можна встановити камеру. У той самий час отримана площа огляду має охоплювати всі важливі елементи без втрати чіткості зображення. І ось ще один цікавий факт про взаємодію сенсорів і об’єктивів: якщо об’єктив низької якості використовується разом із 5-мегапіксельним сенсором, то, за даними недавніх досліджень у галузі метрології (2023 р.), близько 37 % потенційної точності вимірювань просто втрачається. Саме тому на практиці так важливо правильно підбирати оптику, щоб вона відповідала можливостям сенсора.

Телецентричні та ентоцентричні промислові об'єктиви: усунення помилки паралаксу в розмірній метрології

Телецентричні об'єктиви вирішують поширену проблему вимірювань, коли об'єкти, розташовані на різних відстанях, здаються спотвореними. Вони забезпечують однакове збільшення незалежно від того, наскільки далеко об'єкт розташований від об'єктива, що робить їх ідеальними для вимірювання, наприклад, круглих деталей або багатошарових компонентів. Стандартні об'єктиви працюють інакше: вони дозволяють світлу потрапляти на сенсор під кутами, утворюючи ті неприємні ефекти паралаксу, з якими ми всі добре знайомі. У телецентричній оптиці світло залишається паралельним під час падіння на поверхню сенсора. Це має велике значення, наприклад, при перевірці мікродеталей підшипників. Звичайні об'єктиви можуть викликати похибку вимірювань приблизно на 3 % лише через положення камери. Ентоцентричні об'єктиви також мають своє застосування, особливо при виявленні дефектів на поверхнях, але коли йдеться про точність у мікронах і глибина стає критично важливою, у метрологічних застосуваннях немає жодної альтернативи телецентричній технології.

Звіт з машинного зору за 2024 рік підтверджує, що використання телецентричних об’єктивів зменшує дрейф калібрування на 89 % у системах метрології для автомобільної промисловості — забезпечуючи довготривалу точність навіть за умови вищих початкових інвестицій.

Перетворення оптичних показників продуктивності на реальну точність

Функція модуляційного перенесення (MTF), карта спотворень та контроль аберацій: від лабораторних специфікацій до підтверджених показників проходження при інспекції фармацевтичної упаковки

Промислові об’єктиви перетворюють лабораторні оптичні специфікації на вимірювані результати виробництва за допомогою трьох підтверджених показників:

• Функція модуляційного перенесення (MTF) визначає збереження контрасту при зростаючих просторових частотах; значення понад 0,6 при 50 ліній/мм надійно виявляють мікродефекти, такі як тріщини на горловинах ампул
• Карта спотворень , відкалібрована з відхиленням менше ніж 0,1 % бочкоподібного або подушкоподібного типу, забезпечує точність розміщення етикеток у межах допуску ±0,05 мм
• Контроль аберацій у багатох хвилях мінімізує хроматичні зміщення фокусу, щоб зберегти чіткість країв на різноманітних упаковальних матеріалах

Цифри справді мають значення, коли йдеться про надійність інспекції. Фармацевтичні компанії, які використовують передові методи перевірки лінз, такі як аналіз модуляційної передавальної функції (MTF), перевірка спотворень та валідація аберацій, досягають рівня виявлення дефектів понад 99,8 % для серйозних проблем. Це значно краще, ніж типовий діапазон 92–95 %, який спостерігається при використанні звичайних оптичних систем. Така точність запобігає потраплянню в продуктів таких проблем, як пошкоджені пломби з захистом від несанкціонованого відкриття, невиразні партії або мікрочастинки, ще до того, як продукти досягнуть споживачів. Подумайте про фінансові наслідки: вартість вилучення продукції з ринку, за даними дослідження Інституту Понемона минулого року, становить близько 740 000 доларів США. Коли виробники узгоджують технічні специфікації свого обладнання з реальними даними виробництва, вони не лише виконують вимоги FDA, встановлені в розділі 21 CFR Part 11, а й економлять кошти, уникнувши непотрібного відхилення придатної продукції.

Перевірка роботи промислових об'єктивів у виробничих умовах

Промислові об'єктиви повинні не лише відповідати лабораторним стандартам — вони мають справді коректно функціонувати після встановлення на виробничих площах, де умови часто є складними. Зміни температури протягом доби, постійні вібрації від обладнання та контакт із різними хімічними речовинами суттєво впливають на результати, отримані в умовах контролю. Нещодавнє дослідження у сфері автомобільної промисловості показало, що навіть прискорені лабораторні випробування, призначені для моделювання багаторічного експлуатаційного терміну, повністю пропустили пошкодження, спричинені впливом дорожньої солі, які чітко проявилися після реального застосування в екстремальних умовах. Це підкреслює надзвичайну важливість випробувань у реальних умовах для поб будови точних моделей надійності. Коли йдеться про завдання високої точності, наприклад, контроль якості лікарських засобів, провідні виробники більше не йдуть на ризик. Вони почали регулярно перевіряти свої оптичні системи, щоб переконатися: усе залишається в межах заданих специфікацій протягом тривалого часу.

• Тестування на вплив навколишнього середовища імітація термічного циклювання та механічних ударів для оцінки стабільності лінз
• Контроль MTF у потоці спостереження за зміною функції модуляційного перенесення під час тривалої експлуатації
• Карта спотворень порівняння базової геометричної точності з періодичними виробничими зразками

Інститут Понемона повідомив у 2023 році, що близько двох третин помилок у системах машинного зору, спричинених неперевіреними оптичними компонентами, проявляються вже протягом лише шести місяців після встановлення. Щоб вирішити цю проблему, провідні виробники почали проводити повну перевірку кожного виробу за менше ніж п’ять секунд. Ці швидкі перевірки охоплюють усі вироблені одиниці без уповільнення роботи збірної лінії й встановлюють зв’язок між продуктивністю лінз і реальними дефектами продукції, які виявляються згодом. Постійно порівнюючи дані вимірювань із параметрами оптики, ці системи забезпечують надзвичайно точні вимірювання на рівні меншому за піксель, навіть коли умови виробництва змінюються протягом дня.

Готові підвищити точність ваших систем машинного зору за допомогою промислових лінз?

Промислові об'єктиви не є вторинним компонентом систем машинного зору ; вони є основою точності вимірювань та надійності виявлення дефектів. Від мінімізації оптичних похибок і оптимізації вирівнювання об'єктива та сенсора до вибору правильного телецентричного або ентоцентричного об'єктива для вашого конкретного випадку застосування — кожне рішення щодо промислових об'єктивів безпосередньо впливає на ваші показники виходу продукції, частоту хибних відмов та загальну ефективність роботи.

Завдяки 15-річному досвіду роботи в галузі машинного зору компанія HIFLY Technology пропонує повний асортимент промислових об'єктивів , включаючи високоточний телецентричних об'єктивів, ентоцентричних об'єктивів та спеціальних оптичних рішень , розроблених з урахуванням вимог до точності вашого конкретного застосування. Наші об'єктиви калібруються для безперебійної інтеграції з HIFLY промисловими камерами та освітленням для систем машинного зору, забезпечуючи повністю оптимізовану оптичну систему для ваших процесів контролю якості та метрології. Підтримувані сертифікатом ISO 9001:2015 та глобальною технічною підтримкою, ми гарантуємо, що ваші промислові об'єктиви забезпечать стабільну лабораторну точність точність у реальному світі заводського виробництва.

Зв’яжіться з нами сьогодні для отримання без зобов’язань консультації щодо вибору та калібрування промислових об'єктивів, які максимізують ефективність вашої системи машинного зору системи точність і надійність.